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[材料资讯] 王治宇教授团队在氢电联产技术研究领域取得新进展

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发表于 2022-5-11 09:30:26 | 显示全部楼层 |阅读模式
氢能兼具高能量密度、补给快速、清洁无碳排放等优势,是发展与实现低碳经济的终极能源之一。电解水是制造高纯“绿氢”的主要技术途径,但过高的能耗成本使其在短期内难以代替化石能源重整、工业副产气等传统“蓝氢”制造技术。近年来,研究者基于对水分解反应机理的不断深入认识,通过电催化剂设计与电解技术工艺的持续优化,显著降低了电解水制氢技术的能耗与成本,但这一技术仍难以摆脱对电能的高度依赖。
       针对这一难题,精细化工国家重点实验室王治宇邱介山教授在Angewandte Chemie International Edition发表题为“Hydrogen Production and Water Desalination with On-demand Electricity Output Enabled by Electrochemical Neutralization Chemistry”的研究论文,提出了一种新概念的电化学中和能电池,在无需外部电力输入的条件下,实现绿色氢能与电能的按需联产。此技术在利用酸碱中和反应化学能的同时,更可高效捕集环境中的低品位热能,并将二者直接转化为电能以驱动制氢反应或输出电能,热力学效率高达1.7,远优于常规燃料电池如氢氧燃料电池(0.83)或肼燃料电池(1.0)等。利用低Pt阴极与NiCo阳极构建的电化学中和能电池每制取1 m3 H2,可输出0.81 kWh电力。只需连接或断开外部负载,即可按需自由切换发电或产氢模式,无需停止电解池运行或改变电解池构造。产氢模式下,制氢速率最高可达70.1 mol h–1 m–2。在产氢或发电的同时,更可通过自发的离子交换过程实现高浓盐水快速淡化,脱盐速率高达56.1 mol h–1 m–2。进一步的基础技术经济分析表明:当使用工业酸碱废水、卤水等低品位水体作为原料时,此技术的制氢成本比可再生能源驱动的碱性电解水技术可降低70 – 80%,同时高效降解工业污染废水。这一工作为发展低能耗、低排放、高生态可持续性的绿色制氢技术方法提供了新的思路。

制氢

制氢
图1 (a)电化学中和能电池的构造示意图;(b) 电化学中和能电池与常规电解水技术的制氢能耗比较;(c) 电化学中和能电池为智能手机充电;(d) 电化学中和能电池技术与传统技术的制氢能耗与碳排放比较;(e) 本技术的基础技术经济分析。
       上述工作近期发表在化学领域一流国际学术期刊Angewandte Chemie International Edition(2022, DOI: 10.1002/anie.202203929),论文第一作者为精细化工国家重点实验室、化工学院博士生孙富。工作得到了国家自然科学基金会、辽宁省科技厅、大连市科技局、大连理工大学的共同资助支持。
       文献详情:
        Fu Sun, Dongtong He, Kaizhou Yang, Jieshan Qiu, and Zhiyu Wang*. Hydrogen Production and Water Desalination with On-demand Electricity Output Enabled by Electrochemical Neutralization Chemistry, Angewandte Chemie International Edition, 2022, DOI: 10.1002/anie.202203929
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202203929


      


         文章来源:大连理工大学
         邱介山, 化工学院教授、博士生导师,国家杰出青年基金获得者、教育部长江学者特聘教授、国务院政府津贴专家、国家“有突出贡献中青年专家”及国家“百千万人才工程”人选、全国化工优秀科技工作者、全国百篇优秀博士论文指导教师。主要从事材料化工、能源化工等方面的研究。承担完成或正在实施各类课题60余项,包括国家自然科学基金杰出青年基金项目、3项国家自然科学基金重点课题等。研究工作获德国拜尔公司、瑞士加铝公司、日本三菱公司、香港中华煤气公司等国际著名企业资助。
        王治宇,教授,博士生导师,大连理工大学化工学院副院长,辽宁省微纳米技术及系统重点实验室纳米材料与器件研究室副主任。国家自然科学基金优秀青年基金获得者、德国洪堡学者、大连理工大学“星海杰青”。主要从事纳米新能源材料的基础与应用研究工作(锂二次电池、电化学催化等)。在Nature Communications、Journal of the American Chemical Society、Advanced Materials、Energy Environmental Science等国际知名学术期刊发表论文60余篇,论文SCI他引59900余次,出版专著1部,H-index: 37。承担国家自然科学基金优秀青年基金、中组部青年##计划专项资金、国家自然科学基金面上项目、霍英东青年教师基金等课题项目。任英国Nature出版集团刊物Scientific Reports编委、国际电化学能源科学院(IAOEES)青年理事、中国颗粒学会青年理事、全国石油和化工行业重质油碳质化高附加值利用重点实验室学术委员等学术兼职。








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